四號(hào)線接觸軌膨脹接頭補(bǔ)償問題探討

摘 要：廣州地鐵四號(hào)線有30.187kM接觸軌線路運(yùn)行在高架段，受天氣溫度的影響，接觸軌熱脹冷縮，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)錨段接觸軌滑動(dòng)，膨脹接頭作為接觸軌補(bǔ)償?shù)闹匾O(shè)備，在正常運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)償接觸軌因溫度變化引起的伸縮，確保每個(gè)錨段接觸軌中心位置不變。但是膨脹接頭在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)初始滑動(dòng)力過大，不能有效補(bǔ)償接觸軌溫升變化，導(dǎo)致中錨偏移，引起中心錨節(jié)斷裂，嚴(yán)重威脅供電安全。

關(guān)鍵詞：膨脹接頭；補(bǔ)償；初始滑動(dòng)力；中錨

四號(hào)線采用的是寶雞廠制作的膨脹接頭，按照錨段設(shè)置，隧道內(nèi)90m一處，隧道外75m一處（斷口除外），四號(hào)線總共設(shè)置800多處膨脹接頭。其中洞口-金洲屬于高架段，黃村-洞口屬于隧道內(nèi)。

1 膨脹接頭情況

目前四號(hào)線膨脹接頭使用年限為10年，根據(jù)《GD02廣州地鐵接觸軌檢修規(guī)程（1.0）》第9.2條膨脹接頭大修年限：

（1）隧道內(nèi)15-20年。

（2）隧道外10-15年。

四號(hào)線洞口-金洲高架段的膨脹接頭已經(jīng)進(jìn)入大修范圍，特別對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)問題的新造-石 區(qū)間、石 -海傍區(qū)間，已經(jīng)開始在對(duì)部分現(xiàn)有膨脹接頭進(jìn)行大修。如表1，對(duì)改進(jìn)的膨脹接頭進(jìn)行掛網(wǎng)運(yùn)行。

2 膨脹接頭的作用與補(bǔ)償問題

膨脹接頭用于補(bǔ)償接觸軌系統(tǒng)因溫度變化而引起的熱脹冷縮的變化，保證接觸軌系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

但在實(shí)際運(yùn)行中，由于膨脹接頭未能有效的進(jìn)行伸縮滑動(dòng)，導(dǎo)致洞口-金洲高架段接觸軌系統(tǒng)中心錨節(jié)支架偏移嚴(yán)重，有的甚至直接導(dǎo)致絕緣支架破裂，對(duì)運(yùn)營(yíng)安全造成極大的威脅。

膨脹接頭不能滿足補(bǔ)償問題的原因：

（1）膨脹接頭夾板接觸面磨損，在線運(yùn)營(yíng)的膨脹接頭運(yùn)行年限長(zhǎng)久，頻繁的滑動(dòng)導(dǎo)致夾板與接觸軌接觸面不均與磨損，膨脹接頭不能正常伸縮。

（2）膨脹接頭電連接板摩擦力大。膨脹接頭的伸縮會(huì)引起兩塊電連接板滑動(dòng)，而電連接板為了滿足載流量，兩個(gè)接觸面之間存在必要的壓力，增大了膨脹接頭初始滑動(dòng)力。

（3）接觸軌錨段設(shè)計(jì)補(bǔ)償量不滿足裕量要求。根據(jù)接觸軌熱脹冷縮計(jì)算公式估算，設(shè)接觸軌所處環(huán)境的極限最高溫度為tmax，極限最低溫度為tmin，接觸軌的熱膨脹系數(shù)為？墜，標(biāo)準(zhǔn)錨段長(zhǎng)度L，在極限環(huán)境溫度時(shí)的變化量為△L，則△L=？墜（tmax-tmin）L。設(shè)計(jì)時(shí)取tmax為40℃，tmin為-5℃，廣州地鐵四號(hào)線接觸軌技術(shù)規(guī)格書給出接觸軌的膨脹系數(shù)（線脹系數(shù)）為21.48×10-6/℃，代入公式，可以得出每個(gè)錨段長(zhǎng)度在極限環(huán)境溫度時(shí)的的極限變化量△L為72.495mm，兩個(gè)錨段同時(shí)膨脹的極限變化量為△L×2=144.99mm，小于兩個(gè)錨段間的膨脹接頭補(bǔ)償余量200mm。如此，依照設(shè)計(jì)計(jì)算四號(hào)線接觸軌伸縮補(bǔ)償余量是能滿足要求的。但是上式中所取溫度為接觸軌所處環(huán)境溫度，而非接觸軌本體的溫度，接觸軌與空氣是兩種比熱容不同的介質(zhì)，在吸收同等熱量的條件下，不同介質(zhì)的氣溫變化量與該介質(zhì)的比熱容成反比，也即是同樣的熱量接觸軌的溫升要遠(yuǎn)高于空氣的。另一方面，四號(hào)線高架段線路采用有縫線路設(shè)計(jì)，由于橋梁受溫度、外荷載及列車制動(dòng)啟動(dòng)影響，橋梁與軌道間發(fā)生相對(duì)位移，從而對(duì)橋梁的下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加力的作用，使得四號(hào)線高架段橋梁也存在熱脹冷縮的現(xiàn)象。實(shí)際情況中，溫度變化引起的熱脹冷縮與橋梁引起的加起來，會(huì)超過膨脹接頭的補(bǔ)償量。（4）膨脹接頭滑動(dòng)載荷設(shè)計(jì)與中心錨節(jié)支架水平載荷不符。根據(jù)絕緣支架水平載荷試驗(yàn)，絕緣支架水平載荷能力為1.50kN。而在線運(yùn)營(yíng)的膨脹接頭或者備件膨脹接頭初始滑動(dòng)力為10kN，第二次滑動(dòng)為2.5kN。在溫度變化時(shí)，膨脹接頭不能及時(shí)有效的對(duì)接觸軌熱脹冷縮效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

3 膨脹接頭問題解決方案

3.1 對(duì)現(xiàn)有膨脹接頭做技術(shù)改進(jìn)

通過拉力試驗(yàn)及數(shù)據(jù)表明，初步估計(jì)，按照現(xiàn)有四號(hào)線膨脹接頭的安裝情況，膨脹接頭初始滑動(dòng)力一般都在2.5KN左右，是絕緣支架最大水平工作荷載1500N的7倍。因此可能在膨脹接頭尚未滑動(dòng)補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，中錨絕緣支架處的受力已經(jīng)超出了最大荷載，膨脹接頭補(bǔ)償出現(xiàn)問題。

根據(jù)試驗(yàn)情況，把在線運(yùn)營(yíng)的膨脹接頭進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)：（1）調(diào)整夾板兩端的螺栓緊固力矩，由20N·M改為1N·M，并在螺栓兩端加鎖固膠。（2）夾板兩端棱角打磨平滑，涂抹導(dǎo)電膏，減少膨脹接頭移動(dòng)阻力。（3）減少電連接板對(duì)初始滑動(dòng)力的影響。雖然我們不能對(duì)電連接板進(jìn)行改造（六號(hào)線新型的膨脹接頭就是對(duì)電連接板改造為軟銅帶連接），我們可以將膨脹接頭U型螺栓長(zhǎng)度有16mm調(diào)整為20mm，從而減少電連接板對(duì)接觸軌初始滑動(dòng)力的影響。然后用測(cè)量?jī)x器：大電流微歐計(jì)MOM690對(duì)電連接板做電阻測(cè)試，如表2。

通過技術(shù)改進(jìn)，在線運(yùn)營(yíng)的膨脹接頭能滿足接觸軌因溫度變化而出現(xiàn)的熱脹冷縮問題。

3.2 使用新型膨脹接頭

新型膨脹接頭改良了原有膨脹接頭的缺陷，并且在六號(hào)線運(yùn)行過程中，未出現(xiàn)因溫度變化而出現(xiàn)補(bǔ)償問題。

技術(shù)改進(jìn)點(diǎn)：（1）膨脹接頭銅連接板滑動(dòng)摩擦改進(jìn)為銅帶連接。膨脹接頭改換成銅帶連接，解決銅連接板滑動(dòng)摩擦力過大問題。（2）膨脹接頭夾板加裝滾軸，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。膨脹接頭夾板與接觸軌的摩擦力過大，是導(dǎo)致膨脹接頭不能自由補(bǔ)償?shù)闹饕蛑?，新型膨脹接頭在夾板與接觸軌接觸面加裝滾軸裝置，極大較小膨脹接頭的初始摩擦力。（3）膨脹接頭夾板兩端螺栓加裝限位裝置，有效限制夾板與接觸軌接觸力。此膨脹接頭是北京衛(wèi)星制造廠制作，只是四號(hào)線南延段膨脹接頭，目前無匹配的防護(hù)罩，無法安裝，并且設(shè)備性能還有待驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)在線運(yùn)營(yíng)的膨脹接頭技術(shù)改進(jìn)，有效減小了膨脹接頭的滑動(dòng)初始摩擦力，但是四號(hào)線高架段過長(zhǎng)，膨脹接頭數(shù)量太多，考慮到既有運(yùn)營(yíng)線路人力、作業(yè)情況，無法在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)整個(gè)高架段膨脹接頭技術(shù)改造，而在線運(yùn)營(yíng)中，改進(jìn)的膨脹接頭在運(yùn)營(yíng)幾年會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)同樣的問題，不能從根本上解決膨脹接頭自由補(bǔ)償?shù)膯栴}。

更換新型膨脹接頭，根據(jù)目前運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)分析，新型膨脹接頭制作設(shè)計(jì)作出了更改，有效的解決以往膨脹接頭自由補(bǔ)償?shù)膯栴}，但大規(guī)模的更換新型膨脹接頭，需要膨脹接頭數(shù)量較多，費(fèi)用較高。

解決四號(hào)線膨脹接頭問題，需要根據(jù)目前線路情況以及人力物力，首先解決易出現(xiàn)問題的特殊地段（例如彎道、高架橋、不同道床之間），然后再逐步解決高架段其他地方。